專利名稱：一種形狀記憶合金棒的加熱方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及土木工程結(jié)構(gòu)智能控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種形狀記憶合金棒的加熱方法。
背景技術(shù)：
形狀記憶合金是一種兼有感知和驅(qū)動功能的功能材料，目前已廣泛應(yīng)用于儀器儀表、自動控制、航空航天、醫(yī)療器具、汽車工程、土木工程、機(jī)器人等領(lǐng)域。形狀記憶合金在土木工程結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用包括被動控制和主動控制兩個方面，其中后者主要是利用形狀記憶合金特有的形狀記憶效應(yīng)，將常溫下處于馬氏體狀態(tài)的形狀記憶合金固設(shè)在土木工程結(jié)構(gòu)中，環(huán)境作用下結(jié)構(gòu)的變形會誘發(fā)形狀記憶合金產(chǎn)生變形，此時只要將形狀記憶合金加熱至其奧氏體相變結(jié)束溫度以上，形狀記憶合金就會呈現(xiàn)出獨特的 形狀記憶效應(yīng)，進(jìn)而對土木工程結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大的回復(fù)力以減小土木工程結(jié)構(gòu)的變形。目前，人們對橫截面積較小的絲狀形狀記憶合金的研究比較多，雖然形狀記憶合金絲的電阻相對較大，可直接通電進(jìn)行加熱，但其產(chǎn)生的回復(fù)力有限且不能承受剪力，嚴(yán)重影響其實際工程應(yīng)用。為此人們開始對棒狀形狀記憶合金予以關(guān)注，提出在地鐵盾構(gòu)管片螺栓、柱腳螺栓、鋼結(jié)構(gòu)梁-柱節(jié)點等部位采用形狀記憶合金棒。但由于棒狀形狀記憶合金的橫截面積較大，電阻較小，如果直接對其進(jìn)行通電加熱處理，加熱效率比較差。因此，迫切需要尋求一種棒狀形狀記憶合金的高效加熱方法。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，提供一種加熱效率高、步驟簡單且無需改變形狀記憶合金棒外部形狀就能實現(xiàn)對其進(jìn)行加熱的形狀記憶合金棒的加熱方法。該加熱方法促使形狀記憶合金棒由常溫下的馬氏體狀態(tài)向高溫下的奧氏體狀態(tài)轉(zhuǎn)變，進(jìn)而利用其形狀記憶效應(yīng)實現(xiàn)土木工程結(jié)構(gòu)的有效控制。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)一種形狀記憶合金棒的加熱方法，包括以下步驟(I)在形狀記憶合金棒內(nèi)部沿長度方向鉆通一個或多個孔洞；(2)將表面附有絕緣材料的電熱絲穿過形狀記憶合金棒的孔洞；(3)電熱絲穿過形狀記憶合金棒的孔洞后，對電熱絲進(jìn)行通電加熱；(4)電熱絲將熱量通過熱傳遞的方式傳送給形狀記憶合金棒，當(dāng)形狀記憶合金棒的溫度達(dá)到其奧氏體相變結(jié)束溫度時，奧氏體相變完成。優(yōu)選的，所述形狀記憶合金棒上孔洞的內(nèi)徑比表面附有絕緣材料的電熱絲的外徑大 Imm Smnin優(yōu)選的，所述電熱絲兩端伸出形狀記憶合金棒內(nèi)部沿長度方向的孔洞。優(yōu)選的，所述步驟(I)中形狀記憶合金棒在常溫下為馬氏體狀態(tài)，在所述步驟(3 )加熱過程中，通過溫控裝置將電熱絲表面的溫度控制在形狀記憶合金棒的奧氏體相變結(jié)束溫度與絕緣材料所能承受的最高溫度之間。優(yōu)選的，所述電熱絲表面附有的絕緣材料所能承受的最高溫度不低于200°C，導(dǎo)熱系數(shù)的大小不低于O. 5ff/m. k。優(yōu)選的，所述電熱絲由鐵鉻鋁絲制成，其形狀為彈簧狀。優(yōu)選的，所述電熱絲表面附有的絕緣材料為導(dǎo)熱矽膠布、氮化硼涂料或硅膠。優(yōu)選的，所述形狀記憶合金棒的一個孔洞穿入一根電熱絲。本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點及效果(I)本發(fā)明形狀記憶合金棒的加熱方法是通過在形狀記憶合金棒內(nèi)部的孔洞中設(shè)置電熱絲，然后對電熱絲進(jìn)行通電加熱，電熱絲通過熱傳遞的方式將其熱量傳送給形狀記 憶合金棒，進(jìn)而實現(xiàn)對橫截面較大的形狀記憶合金棒進(jìn)行加熱；所使用的加熱方法比較簡單，加熱速度也較快，并且無需改變形狀記憶合金棒的外部形狀。相對于直接對形狀記憶合金棒進(jìn)行通電加熱的方式，本發(fā)明方法的加熱效率具有比較明顯的提高。另外，本發(fā)明還可以通過在形狀記憶合金棒內(nèi)部鉆通多個孔洞，分別放置電熱絲，從而進(jìn)一步提高形狀記憶合金棒的加熱效率。(2)本發(fā)明加熱方法中的電熱絲位于形狀記憶合金棒內(nèi)部，對形狀記憶合金棒的受力方式及其與其它構(gòu)件的連接影響較小，形狀記憶合金棒可直接承受拉壓、剪切、扭轉(zhuǎn)等各類變形。(3)本發(fā)明加熱方法通過溫控裝置將電熱絲的溫度控制在一定的范圍內(nèi)，防止溫度過低達(dá)不到形狀記憶合金的奧氏體相變結(jié)束溫度，導(dǎo)致無法完成形狀記憶合金的相變，或者是溫度過高超過絕緣材料所能承受的最高溫度，導(dǎo)致絕緣材料失效。
圖I是本發(fā)明加熱方法采用一根電熱絲時的示意圖。圖2是本發(fā)明加熱方法的一根電熱絲在形狀記憶合金中位置的示意圖。圖3是圖2中心孔洞部位的放大示意圖。圖4是本發(fā)明加熱方法采用五根電熱絲時的示意圖。圖5是本發(fā)明加熱方法的五個電熱絲在形狀記憶合金中位置的示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。如圖I和5所示，本實施方式采用的形狀記憶合金棒的加熱裝置包括220V交流電源、溫控裝置I、開關(guān)2和鐵鉻鋁絲制成的電熱絲5，電熱絲5穿過形狀記憶合金棒4內(nèi)部沿長度方向的孔洞3并且與溫控裝置I、電源及開關(guān)2通過串聯(lián)的方式連接，電熱絲5的表面纏繞有絕緣材料導(dǎo)熱矽膠布6。溫控裝置I通過調(diào)節(jié)電路中的電壓或者電流，進(jìn)而達(dá)到調(diào)節(jié)電熱絲5的溫度的作用。其中電熱絲5表面的絕緣材料也可以用氮化硼涂料或硅膠代替。實施例I
如圖I所示，本實施例中形狀記憶合金棒的加熱方法包含一根電熱絲5。圖I所示的形狀記憶合金棒的加熱方法，包括以下步驟(I)選用一根長度為150mm，直徑為30mm且常溫下處于馬氏體狀態(tài)的形狀記憶合金棒4，其中該形狀記憶合金棒4的奧氏體相變結(jié)束溫度為126°C。在形狀記憶合金棒4內(nèi)部沿長度方向鉆通一個直徑為6mm的孔洞3。(2)如圖2和圖3所示，選用一根長度為200mm、標(biāo)準(zhǔn)功率為500W的彈簧狀電熱絲5，其中該電熱絲是由直徑為O. 35mm的鐵鉻鋁絲制成；電熱絲的外徑為4mm左右，在電熱絲5的表面纏繞上兩層厚度為O. 23、. 28mm、導(dǎo)熱系數(shù)為O. 75W/m. k及所能承受的最高溫度為260°C的導(dǎo)熱砂膠布6,纏繞導(dǎo)熱砂膠布6后的電熱絲5的外徑為5mm左右,將表面纏繞著導(dǎo)熱矽膠布6的電熱絲5穿過形狀記憶合金棒4的孔洞3 ;電熱絲5兩端伸出形狀記憶合金棒4內(nèi)部沿長度方向的孔洞3各25mm。
(3)電熱絲5穿過形狀記憶合金棒4的孔洞3后接通電源，對電熱絲5進(jìn)行通電加熱；溫控裝置I將電熱絲5表面的溫度控制在200°C左右。(4)電熱絲5將熱量通過熱傳遞的方式傳送給形狀記憶合金棒4，當(dāng)形狀記憶合金棒4的溫度達(dá)到其奧氏體相變結(jié)束溫度時，奧氏體相變完成。經(jīng)過本實施例形狀記憶合金棒4的加熱方法進(jìn)行加熱后，形狀記憶合金棒4外表面達(dá)到其奧氏體相變結(jié)束溫度所需的通電加熱時間為25. 5分鐘。實施例2如圖4所示，本實施例是實施例I的進(jìn)一步改進(jìn)，本實施例形狀記憶合金棒的加熱方法中包含五根電熱絲，五根電熱絲分別與溫控裝置、電源及開關(guān)通過串聯(lián)的方式連接，即五根電熱絲之間為并聯(lián)關(guān)系。本實施例形狀記憶合金棒的加熱方法的步驟與實施例I中的加熱方法的區(qū)別僅在于(I)如圖5所示，本實施例的步驟(I)在形狀記憶合金棒4內(nèi)部沿長度方向鉆通5個直徑為6mm的孔洞3 ; (2)本實施例在步驟(2)中，選用五根長度為200mm、標(biāo)準(zhǔn)功率為500W的彈簧狀電熱絲5，在每根電熱絲5的表面纏繞上兩層厚度為O. 23、. 28mm、導(dǎo)熱系數(shù)為O. 75ff/m. k及所能承受的最高溫度為260°C的導(dǎo)熱矽膠布6 ；(3)在步驟(3)中將五根電熱絲分別穿過形狀記憶合金棒4的五個孔洞3，每個孔洞穿入一根電熱絲。經(jīng)過本實施例形狀記憶合金棒4的加熱方法進(jìn)行加熱后，形狀記憶合金棒4外表面達(dá)到其奧氏體相變結(jié)束溫度所需的通電加熱時間為7. 2分鐘。形狀記憶合金棒上孔洞的內(nèi)徑比表面經(jīng)過絕緣處理的電熱絲的外徑大Imm 5mm，本實施例I和實施例2中形狀記憶合金棒上孔洞的內(nèi)徑比表面經(jīng)過絕緣處理的電熱絲的外徑大Imm左右。絕緣材料所能承受的最高溫度為不低于200°C，導(dǎo)熱系數(shù)的大小不低于O. 5ff/m. k，本實施例I和實施例2選用的導(dǎo)熱矽膠布的所能承受的最高溫度為260°C，導(dǎo)熱系數(shù)為 O. 75ff/m. k。實施例I和實施例2的差別僅在于設(shè)置在形狀記憶合金棒4內(nèi)的電熱絲5的數(shù)量不同，因此兩者在形狀記憶合金棒4外表面達(dá)到其奧氏體相變結(jié)束溫度所需的通電加熱時間也不同，電熱絲5數(shù)量越多，所需要通電加熱的時間越短，即效率越高。故可以通過適當(dāng)增加電熱絲5數(shù)量來提高形狀記憶合金棒的加熱效率。本實施方式由電熱絲將熱量通過熱傳遞的方式傳送給形狀記憶合金棒4，從而實現(xiàn)對形狀記憶合金棒進(jìn)行加熱，加熱方法非常簡單，容易實現(xiàn)。本實施例的方法通過溫控裝置將電熱絲的溫度控制在一定的范圍內(nèi)，防止溫度過低達(dá)不到形狀記憶合金的奧氏體相變結(jié)束溫度而導(dǎo)致無法完成形狀記憶合金的相變，或者溫度過高超過絕緣材料所能承受的最高溫度而導(dǎo)致絕緣材料失效。 上述兩個實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種形狀記憶合金棒的加熱方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)在形狀記憶合金棒內(nèi)部沿長度方向鉆通一個或多個孔洞； (2)將表面附有絕緣材料的電熱絲穿過形狀記憶合金棒的孔洞； (3)電熱絲穿過形狀記憶合金棒的孔洞后，對電熱絲進(jìn)行通電加熱； (4)電熱絲將熱量通過熱傳遞的方式傳送給形狀記憶合金棒，當(dāng)形狀記憶合金棒的溫度達(dá)到其奧氏體相變結(jié)束溫度時，奧氏體相變完成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的形狀記憶合金棒的加熱方法，其特征在于，所述形狀記憶合 金棒上孔洞的內(nèi)徑比表面附有絕緣材料的電熱絲的外徑大Imm 5mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的形狀記憶合金棒的加熱方法，其特征在于，所述電熱絲兩端伸出形狀記憶合金棒內(nèi)部沿長度方向的孔洞。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的形狀記憶合金棒的加熱方法，其特征在于，所述步驟(I)中形狀記憶合金棒在常溫下為馬氏體狀態(tài)，在所述步驟(3 )加熱過程中，通過溫控裝置將電熱絲表面的溫度控制在形狀記憶合金棒的奧氏體相變結(jié)束溫度與絕緣材料所能承受的最高溫度之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的形狀記憶合金棒的加熱方法，其特征在于，所述電熱絲表面附有的絕緣材料所能承受的最高溫度為不低于200°C，導(dǎo)熱系數(shù)的大小不低于O. 5ff/m. k。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的形狀記憶合金棒的加熱方法，其特征在于，所述電熱絲由鐵鉻鋁絲制成，其形狀為彈簧狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的形狀記憶合金棒的加熱方法，其特征在于，所述電熱絲表面附有的絕緣材料為導(dǎo)熱矽膠布、氮化硼涂料或硅膠。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的形狀記憶合金棒的加熱方法，其特征在于，所述形狀記憶合金棒的一個孔洞穿入一根電熱絲。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種形狀記憶合金棒的加熱方法，包括以下步驟(1)在形狀記憶合金棒內(nèi)部沿長度方向鉆通一個或多個孔洞；(2)將表面附有絕緣材料的電熱絲穿過形狀記憶合金棒的孔洞；(3)電熱絲穿過形狀記憶合金棒的孔洞后，對電熱絲進(jìn)行通電加熱；(4)電熱絲將熱量通過熱傳遞的方式傳送給形狀記憶合金棒，當(dāng)形狀記憶合金棒的溫度達(dá)到其奧氏體相變結(jié)束溫度時，奧氏體相變完成。本發(fā)明方法具有加熱效率高，步驟簡單等優(yōu)點，并且可通過增加形狀記憶合金棒內(nèi)的電熱絲數(shù)量來進(jìn)一步提高加熱效率。
文檔編號C21D1/40GK102965488SQ20121044527
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月8日
發(fā)明者吳波, 馬奎 申請人:華南理工大學(xué)